CN116484771B - 一种轴流压气机cfd网格生成的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种轴流压气机CFD网格生成的方法及装置;所述方法包括:根据轴流压气机的几何模型,确定所述轴流压气机中单流道的流体域;选取所述单流道的流体域对应的网格划分方法;设置所述单流道的流体域进行网格划分时对应的展向参数、流向参数以及周向参数;根据设定的所述展向参数、所述流向参数以及所述周向参数,采用选取的所述网格划分方法生成所述单流道的流体域对应的预览网格,且当所述预览网格满足设定的要求时生成所述单流道的流体域对应的3D网格。
Description
技术领域
本发明实施例涉及计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)网格生成技术领域,尤其涉及一种轴流压气机CFD网格生成的方法及装置。
背景技术
在轴流压气机的流体仿真计算中,需要基于网格实现空间的离散化,网格质量的好坏会直接影响整体计算的精度。同时,如果不考虑迭代计算本身所消耗的时间,通常往往会超过一半的时间用于调整和修改网格。在调整网格时需要反复调整网格生成参数,进而再生成网格,然后观察网格质量;如果调整后的网格质量不满足要求,需要再次调整网格生成参数,依次重复上述过程,直到网格质量满足要求。可想而知地,根据网格数量的规模,一般来说生成一次网格需要消耗十几秒到几分钟的时间,冗长的网格生成过程,无疑会拖慢整体的工作效率。因此,亟需一种方法能够加快网格生成的速度。
发明内容
有鉴于此,本发明实施例期望提供一种轴流压气机CFD网格生成的方法及装置;能够改进轴流压气机CFD网格生成的方法步骤,提高CFD网格生成效率以及CFD网格质量。
本发明实施例的技术方案是这样实现的:
第一方面,本发明实施例提供了一种轴流压气机CFD网格生成的方法,所述方法包括:
根据轴流压气机的几何模型,确定所述轴流压气机中单流道的流体域;
选取所述单流道的流体域对应的网格划分方法;
设置所述单流道的流体域进行网格划分时对应的展向参数、流向参数以及周向参数;
根据设定的所述展向参数、所述流向参数以及所述周向参数,采用选取的所述网格划分方法生成所述单流道的流体域对应的预览网格,且当所述预览网格满足设定的要求时生成所述单流道的流体域对应的3D网格。
第二方面,本发明实施例提供了一种轴流压气机CFD网格生成的装置,所述装置包括确定部分,选取部分,设置部分以及网格划分部分;其中,
所述确定部分,经配置为根据轴流压气机的几何模型,确定所述轴流压气机中单流道的流体域;
所述选取部分,经配置为选取所述单流道的流体域对应的网格划分方法;
所述设置部分,经配置为设置所述单流道的流体域进行网格划分时对应的展向参数、流向参数以及周向参数;
所述网格划分部分,经配置为根据设定的所述展向参数、所述流向参数以及所述周向参数,采用选取的所述网格划分方法生成所述单流道的流体域对应的预览网格,且当所述预览网格满足设定的要求时生成所述单流道的流体域对应的3D网格。
本发明实施例提供了一种轴流压气机CFD网格生成的方法及装置;通过根据轴流压气机的几何模型确定轴流压气机单流道的流体域,并选取对应的网格划分方法;进而基于设置的展向参数、流向参数以及周向参数,生成单流道的流体域对应的预览网格,因此,当单流道的流体域对应的预览网格满足设定的要求时即可生成最终的3D网格;可以理解地,将单流道的流体域的3D网格进行周期对称操作即可得到轴流压气机的全流道的流体域对应的3D网格。通过本发明实施例提供的CFD网格划分方法能够通过设定的展向参数、流向参数以及周向参数,生成预览网格;可以理解地,当生成的预览网格的网格质量不满足设定的要求时,则能够通过改变上述的网格划分参数对网格质量进行调整,直至预览网格满足设定的要求后再生成最终的3D网格。本发明实施例提供的CFD网格划分方法中调整网格时只需要生成预览网格,等调整基本结束时再生成最终的3D网格,因为预览网格的调整属于局部网格调整,因此需要生成的网格数量大幅度减少,进而可以快速的生成预览网格,加快了整体网格的生成速率。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种轴流压气机CFD网格生成的方法流程示意图;
图2为本发明实施例提供的轴流压气机的几何模型结构示意图;
图3为图2所示的轴流压气机的子午视图;
图4为本发明实施例提供的全流道结构组成示意图;
图5为本发明实施例提供的H型拓扑方法示意图;
图6为本发明实施例提供的OH型拓扑方法示意图;
图7为本发明实施例提供的OH型拓扑单流道形状确定方法示意图;
图8为本发明实施例提供的前缘进口处第一控制点的位置示意图;
图9为本发明实施例提供的前缘进口处第二控制点的位置示意图;
图10为本发明实施例提供的前缘进口处第三控制点的位置示意图;
图11为本发明实施例提供的OH型拓扑的单流道的流体域示意图;
图12为本发明实施例提供的多重网格为细网格的示意图;
图13为本发明实施例提供的多重网格为中等网格的示意图;
图14为本发明实施例提供的多重网格为细网格的示意图;
图15为本发明实施例提供的呈指数分布的展向网格示意图;
图16为图15中展向网格的下半部分;
图17为本发明实施例提供的OH子块的示意图;
图18为本发明实施例提供的O块相对厚度为0.15时的示意图;
图19为本发明实施例提供的O块相对厚度为0.5时的示意图;
图20为本发明实施例提供的O块环向分布系数为0.2时的O块网格示意图;
图21为本发明实施例提供的O块环向分布系数为0.8时的O块网格示意图;
图22为本发明实施例提供的单流道的流体域对应的预览网格示意图;
图23为本发明实施例提供的单流道的流体域对应的3D网格示意图;
图24为本发明实施例提供的一种轴流压气机CFD网格生成的装置组成示意图;
图25为本发明实施例提供的一种轴流压气机CFD网格生成的装置的具体硬件结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
参见图1,其示出了本发明实施例提供的一种轴流压气机CFD网格生成的方法,所述方法包括:
S101、根据轴流压气机的几何模型,确定所述轴流压气机中单流道的流体域;
S102、选取所述单流道的流体域对应的网格划分方法;
S103、设置所述单流道的流体域进行网格划分时对应的展向参数、流向参数以及周向参数;
S104、根据设定的所述展向参数、所述流向参数以及所述周向参数,采用选取的所述网格划分方法生成所述单流道的流体域对应的预览网格,且当所述预览网格满足设定的要求时生成所述单流道的流体域对应的3D网格。
对于图1所示的技术方案,通过根据轴流压气机的几何模型确定轴流压气机单流道的流体域,并选取对应的网格划分方法;进而基于设置的展向参数、流向参数以及周向参数,生成单流道的流体域对应的预览网格,因此,当单流道的流体域对应的预览网格满足设定的要求时即可生成最终的3D网格;可以理解地,将单流道的流体域的3D网格进行周期对称操作即可得到轴流压气机的全流道的流体域对应的3D网格。通过本发明实施例提供的CFD网格划分方法能够通过设定的展向参数、流向参数以及周向参数,生成预览网格;可以理解地,当生成的预览网格的网格质量不满足设定的要求时,则能够通过改变上述的网格划分参数对网格质量进行调整,直至预览网格满足设定的要求后再生成最终的3D网格。本发明实施例提供的CFD网格划分方法中调整网格时只需要生成预览网格,等调整基本结束时再生成最终的3D网格,因为预览网格的调整属于局部网格调整,因此需要生成的网格数量大幅度减少,进而可以快速的生成预览网格,加快了整体网格的生成速率。
对于图1所示的技术方案,在一些可能的实施方式中,所述根据轴流压气机的几何模型,确定所述轴流压气机中单流道的流体域,包括:
根据所述轴流压气机的几何模型,将所述轴流压气机的进口面、出口面、轮毂面、机匣面以及叶片面围成的环形区域确定为全流道;
基于所述全流道划分得到所述单流道;
确定所述单流道的形状;
基于所述单流道的形状拓扑得到所述单流道对应的流体域。
具体来说,参见图2其示出了轴流压气机2的几何模型,如图2所示,上述轴流气压机2的几何模型中包括一排动叶21、一排静叶22、轮毂23以及机匣24;可以理解地,轴流式压气机2通常由两大部分组成,与轴流压气机旋转轴相连接的轮盘和叶片构成轴流压气机的转子,以及,外部不转动的机匣和与机匣相连接的叶片构成轴流式压气机的静子。转子上的叶片称为动叶21,静子上的叶片称为静叶22。每一排动叶21和紧随其后的一排静叶22构成轴流压气机的一级。因此,可以理解地,在轴流压气机2由多级组成,图2仅示出了轴流压气机一级的示意图。
需要说明的是,图2中的实线箭头A1表示轴流压气机2的流向;实线箭头B1表示轴流压气机2的周向;实线箭头C1表示轴流压气机2的展向。
如图3所示,其示出了图2所示的轴流压气机2的子午视图,其中,横坐标表示转轴方向Z,单位为米(m),纵坐标表示展向半径R,单位为米(m)。需要说明的是,在图3中黑色实线D1表示叶片排交界面;31表示机匣面,32表示进口面,33表示轮毂面,34表示出口面。可以理解地,进口面32一般是由轮毂面33的起始位置与机匣面31的起始位置决定;出口面34一般是由轮毂面33的终止位置与机匣面31的终止位置决定;叶片排交界面D1将轴流压气机的流向划分为多个“叶片排”,因此在具体生成网格时每个叶片排可以分别考虑生成网格,叶片排交界面D1一般位于两排叶片的中间位置。
在具体实施过程中通常需要指定进口面32、出口面34以及叶片排交界面D1。当然上述过程可以由程序自动完成,也可以由用户手动设置。
基于上述所述,如图4所示,由机匣面31、进口面32、轮毂面33、出口面34以及叶片排交界面D1就能够围成近似于环形的区域称为全流道。
此外,需要说明的是,在具体实施过程中通常会假设轴流压气机的流体域沿周向具有周期性,因此只需要计算单流道的流体域,进而通过周期对称就能得到全流道的流体域。参见图5和图6,分别示出了全流道划分单流道的两种方式 H型拓扑和OH型拓扑。
对于上述的实施方式,在一些示例中,所述确定所述单流道的形状,包括:
进口喉道到出口喉道位置的流道的形状由叶片的形状确定;
前缘进口以及尾缘出口处的流道的形状根据设定的控制点来确定。
可选地,所述前缘进口处设定的控制点,包括:
第一控制点位于喉道流向的延长线上,利用下式中的第一参数A确定所述第一控制点的位置坐标:
其中,A的取值范围是[0,1]的浮点数;
第二控制点位于叶片前缘的左侧,利用下式中的第二参数B和第三参数C,分别沿流向与周向两个方向确定所述第二控制点的位置坐标:
第三控制点位于所述第二控制点的左侧,用于控制所述第二控制点处的切线方向,利用下式中的第四参数D确定所述第三控制点的位置坐标:
。
在本发明实施例中以OH型拓扑为例,进口喉道到出口喉道位置的流道形状由叶片的形状来确定,非叶片段的流道形状由三个控制点来控制,也就是说前缘进口以及尾缘出口处的流道形状可分别根据设定的三个控制点来控制。参见图7,其示出了OH型拓扑单流道形状确定方法,在本发明实施例中是在RTheta-M坐标系对单流道的形状进行确定的,可以理解地,RTheta-M坐标系相当于将柱坐标系(Z,R,theta)的一个恒定R坐标的圆柱面展开为平面;其中,横坐标M相当于柱坐标的Z轴,也是转轴方向。其中在图7中L1表示流道分割线;L2表示带控制点的流道分割线;P表示流道分割线的中间位置;Pin表示进口喉道位置,Pout表示出口喉道位置。
需要说明的是,上述的计算公式仅示出了前缘进口由4个参数来控制流道的形状;同样地,在具体实施过程中尾缘出口也可由设定的控制点来确定,计算方法与前缘进口处设定的控制点的计算方法类似,因此本发明实施例对此不再进行赘述。
参见图8,其示出了前缘进口处第一控制点的位置,其中第一控制点如图8中的黑色方形(图中虚线箭头所指)所示。
参见图9,其示出了前缘进口处第二控制点的位置,其中第二控制点如图9中的黑色方形(图中虚线箭头所指)所示。
参见图10,其示出了前缘进口处第三控制点的位置,其中第三控制点如图10最左侧的黑色方形(图中虚线箭头所指)所示。其中,α表示流道进口角,β表示叶片进口角。
需要说明的是,上述的三个控制点是由四个基于比值的相对参数决定,而不是直接指定控制点的绝对坐标。
最终,OH型拓扑的单流道的流体域如图11所示。
对于图1所述的技术方案,在一些可能的实施方式中,所述选取所述单流道的流体域对应的网格划分方法,包括:
对所述单流道的流体域采用多重网格划分的方法。
可以理解地,多重网格是一种CFD加速收敛技术,多重网格和网格生成没有直接关系。只是为了使用多重网格,会要求网格数满足:网格数/(2^多重网格层级)是正整数。网格点数=网格数+1。
如图12、图13、图14分别示出了多重网格为细网格、中等网格以及粗网格的示意图。从图12、图13、图14可以看出,多重网格从细网格到粗网格,在每个方向每次粗化都是2个网格合成1个,所以必须要求网格数是(2^多重网格层级)的正整数倍。
此外,需要说明的是,多重网格的计算流程是:先从细网格开始计算,然后将残差经过限制算子插值到粗网格,在粗网格计算后,再通过延拓算子插值重构回到细网格,如此就完成了细网格的一轮修正,然后反复循环直到收敛。因此,“生成网格”生成的是多重网格的细网格。
对于图1所述的技术方案,在一些可能的实施方式中,所述设置所述单流道的流体域进行网格划分时对应的展向参数、流向参数以及周向参数,包括:
设置所述单流道的流体域进行网格划分时对应的展向网参数;
根据所述展向参数以及叶片几何模型特征,初始化所述流向参数以及所述周向参数;
设置所述流向参数以及所述周向参数。
对于上述的实施方式,在一些示例中,所述设置所述单流道的流体域进行网格划分时对应的展向参数,包括:
设定所述单流道的流体域进行网格划分时对应的展向网格宽度呈等比数列,并根据下式计算得到所述展向参数:
其中,S表示增长因子;表示第一层网格宽度;
其中,当i取值为N时,
其中,L表示流道高度的一半;N表示网格数的一半;并且。
参见图15,其示出了呈指数分布的展向网格示意图。需要说明的是,展向网格在轮毂和机匣附近密集,在均径附近稀疏。图16示出了图15中展向网格的下半部分,由图16可知网格宽度呈单调递增。
需要说明的是,网格的指数分布定义为:相邻两个网格宽度之比等于常数,也就是说展向网格宽度呈等比数列。
因此,在具体实施过程中设流道高度的一半为L,增长因子S,网格数的一半为N,第一层网格宽度。根据等比数列求和公式:
当i取值为N时,
由此,就得到了L、S、N、之间的关系式。即S和/>的转换公式。并且可以计算出展向网格分布/>,/>。
此外,在本发实施例中在设置展向参数时不考虑间隙网格。
对于上述的实施方式,在一些示例中,所述根据所述展向参数以及叶片几何模型特征,初始化所述流向参数以及所述周向参数,包括:
根据所述展向参数以及叶片几何模型特征,初始化所述流向参数以及所述周向参数,其中,初始化的原则为:使展向网格长度的平均值等于流向和周向网格长度的平均值;
其中,所述流向参数包括:H1块流向节点数、H4块流向节点数、H2块周向节点数、H3块周向节点数、O块环向节点数、O块环向分布系数、O块环向起始节点、O块相对厚度、O块法向节点数、O块法向增长因子,入口块栅距比、入口块节点数、出口块栅距比、出口块节点数。
参见图17,其示出了OH子块的示意图,包括入口块RU,O块,H1块、H2块、H3块、H4块、出口块CH。因此,在具体实施过程中通过设置入口块RU,O块,H1块、H2块、H3块、H4块以及出口块CH的各参数即可获得流向参数。
另一方面,周向网格参数相对独立,与截面高度位置无关。因此在初始化以后,周向网格参数就与展向参数、叶片几何模型特征无关了,用户可以自由设置。
可以理解地,在设置展向参数、周向参数以及流向参数后,即能够生成预览网格,并可视化显示。
因此,对于图1所述的技术方案,在一些可能的实施方式中,所述根据设定的所述展向参数、所述流向参数以及所述周向参数,采用选取的所述网格划分方法生成所述单流道的流体域对应的预览网格,且当所述预览网格满足设定的要求时生成所述单流道的流体域对应的3D网格,包括:
确定叶高参数;
获取所述叶高对应的流道形状以及叶片形状;
输入所述O块相对厚度,并使用所述O块相对厚度划分出OH拓扑的O块;
根据所述O块环向节点数、所述O块环向分布系数,划分得到所述O块网格;
设置其余周向参数,并绘制得到所述单流道的流体域对应的预览网格;
当所述预览网格满足设定的要求时,使用所述展向参数、所述周向参数以及叶片几何模型特征重新生成所述单流道的流体域对应的3D网格;
求解泊松方程以对所述单流道的流体域对应的3D网格进行光滑化处理。
可以理解地,在具体实施过程中,生成单流道的流体域对应的预览网格需要以下几步:
1)输入设定的叶高参数,其中叶高的取值范围为0%到100%。在具体实施过程中叶根一般为0%,叶尖一般为100%。
2)获取叶高对应的流道形状和叶片形状;
3)输入O块相对厚度,其中O块的相对厚度默认0.15。其中,图18和图19分别示出了O块相对厚度分别为0.15和0.5时的示意图。同时使用O块相对厚度划分出OH拓扑的O块;
4)根据O块环向节点数、O块环向分布系数,划分出O块网格;其中,图20和图21分别示出了O块环向分布系数为0.2和0.8时的O块网格示意图。
5)设置其它周向参数,并绘制得到单流道的流体域对应的预览网格,其中获得的单流道的流体域对应的预览网格如图22所示。
需要说明的是,上述生成的单流道的流体域对应的预览网格与单流道的流体域对应的3D网格无关,在生成单流道的流体域对应的3D网格时所有截面层都会全部重新计算。
此外,在预览网格界面,可以切换截面的叶高位置,每次只生成一个叶高位置的截面网格。预览网格生成速度快,因此能够减少调整网格阶段的网格生成等待时间。
当流体工程师认为图22所示的单流道的流体域对应的预览网格的网格质量满足设定的要求时,即可以开始使用展向参数、周向参数以及叶片几何模型特征重新生成单流道的流体域对应的3D网格,并求解泊松方程光滑化处理。其中,
泊松方程即是把物理域坐标向计算域坐标/>变换的椭圆方程写成:
其中,P、Q、R是源项,用来控制网格分布。使用作为自变量,对方程进行变换后,进行求解。
最终生成的单流道的流体域对应的3D网格如图23所示。可以理解地,将图23所示的单流道的流体域对应的3D网格进行周期对称即可得到全流道的流体域对应的3D网格。
在上述生成单流道的流体域对应的预览网格以及3D网格的过程中,将完整的网格生成流程拆分为许多子步骤,每个子步骤都可视化显示,流体工程师可以在调整网格生成参数后,只执行部分子步骤,就能够立马看到修改的影响范围,因此整个网格划分过程直接化,提高了网格的生成效率。其次,在本发明实施例中使用网格生成参数的相对比值参数,使得预览网格质量能够代表3D网格质量,在网格划分过程中只需查看局部的预览网格质量,不仅节约了网格划分时间,并且在调整网格时无需生成全局的3D网格。
基于前述技术方案相同的发明构思,参见图24,其示出了本发明实施例提供的一种轴流压气机CFD网格生成的装置240的组成,所述装置240包括确定部分2401,选取部分2402,设置部分2403以及网格划分部分2404;其中,
所述确定部分2401,经配置为根据轴流压气机的几何模型,确定所述轴流压气机中单流道的流体域;
所述选取部分2402,经配置为选取所述单流道的流体域对应的网格划分方法;
所述设置部分2403,经配置为设置所述单流道的流体域进行网格划分时对应的展向参数、流向参数以及周向参数;
所述网格划分部分2404,经配置为根据设定的所述展向参数、所述流向参数以及所述周向参数,采用选取的所述网格划分方法生成所述单流道的流体域对应的预览网格,且当所述预览网格满足设定的要求时生成所述单流道的流体域对应的3D网格。
可选地,所述确定部分2401,经配置为:
根据所述轴流压气机的几何模型,将所述轴流压气机的进口面、出口面、轮毂面、机匣面以及叶片面围成的环形区域确定为全流道;
基于所述全流道划分得到所述单流道;
确定所述单流道的形状;
基于所述单流道的形状拓扑得到所述单流道对应的流体域。
可选地,所述确定部分2401,经配置为:
进口喉道到出口喉道位置的流道的形状由叶片的形状确定;
前缘进口以及尾缘出口处的流道的形状根据设定的控制点来确定。
可选地,所述确定部分2401,经配置为:
第一控制点位于喉道流向的延长线上,利用下式中的第一参数A确定所述第一控制点的位置坐标:
其中,A的取值范围是[0,1]的浮点数;
第二控制点位于叶片前缘的左侧,利用下式中的第二参数B和第三参数C,分别沿流向与周向两个方向确定所述第二控制点的位置坐标:
第三控制点位于所述第二控制点的左侧,用于控制所述第二控制点处的切线方向,利用下式中的第四参数D确定所述第三控制点的位置坐标:
。
可选地,所述选取部分2402,经配置为:
对所述单流道的流体域采用多重网格划分的方法。
可选地,所述设置部分2403,经配置为:
设置所述单流道的流体域进行网格划分时对应的展向网参数;
根据所述展向参数以及叶片几何模型特征,初始化所述流向参数以及所述周向参数;
设置所述流向参数以及所述周向参数。
可选地,所述设置部分2403,经配置为:
设定所述单流道的流体域进行网格划分时对应的展向网格宽度呈等比数列,并根据下式计算得到所述展向参数:
其中,S表示增长因子;表示第一层网格宽度;
其中,当i取值为N时,
其中,L表示流道高度的一半;N表示网格数的一半;并且。
可选地,所述设置部分2403,经配置为:
根据所述展向参数以及叶片几何模型特征,初始化所述流向参数以及所述周向参数,其中,初始化的原则为:使展向网格长度的平均值等于流向和周向网格长度的平均值;
其中,所述流向参数包括:H1块流向节点数、H4块流向节点数、H2块周向节点数、H3块周向节点数、O块环向节点数、O块环向分布系数、O块环向起始节点、O块相对厚度、O块法向节点数、O块法向增长因子,入口块栅距比、入口块节点数、出口块栅距比、出口块节点数。
可选地,所述网格划分部分2404,经配置为:
确定叶高参数;
获取所述叶高对应的流道形状以及叶片形状;
输入所述O块相对厚度,并使用所述O块相对厚度划分出OH拓扑的O块;
根据所述O块环向节点数、所述O块环向分布系数,划分得到所述O块网格;
设置其余周向参数,并绘制得到所述单流道的流体域对应的预览网格;
当所述预览网格满足设定的要求时,使用所述展向参数、所述周向参数以及叶片几何模型特征重新生成所述单流道的流体域对应的3D网格;
求解泊松方程以对所述单流道的流体域对应的3D网格进行光滑化处理。
可以理解地,在本实施例中,“部分”可以是部分电路、部分处理器、部分程序或软件等等,当然也可以是单元,还可以是模块也可以是非模块化的。
另外,在本实施例中的各组成部分可以集成在一个处理单元中,也可以是各个单元单独物理存在,也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现,也可以采用软件功能模块的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能模块的形式实现并非作为独立的产品进行销售或使用时,可以存储在一个计算机可读取存储介质中,基于这样的理解,本实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品存储在一个存储介质中,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机,服务器,或者网络设备等)或processor(处理器)执行本实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括:U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM, Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM,RandomAccess Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
因此,本实施例提供了一种计算机存储介质,所述计算机存储介质存储有轴流压气机CFD网格生成的程序,所述轴流压气机CFD网格生成的程序被至少一个处理器执行时实现上述技术方案中所述轴流压气机CFD网格生成的方法步骤。
根据上述轴流压气机CFD网格生成的装置240以及计算机存储介质,参见图25,其示出了本发明实施例提供的一种能够实施上述轴流压气机CFD网格生成的装置240的计算设备250的具体硬件结构,该计算设备250可以为无线装置、移动或蜂窝电话(包含所谓的智能电话)、个人数字助理(PDA)、视频游戏控制台(包含视频显示器、移动视频游戏装置、移动视频会议单元)、膝上型计算机、桌上型计算机、电视机顶盒、平板计算装置、电子书阅读器、固定或移动媒体播放器,等。计算设备250包括:通信接口2501,存储器2502和处理器2503;各个组件通过总线***2504耦合在一起。可理解,总线***2504用于实现这些组件之间的连接通信。总线***2504除包括数据总线之外,还包括电源总线、控制总线和状态信号总线。但是为了清楚说明起见,在图25中将各种总线都标为总线***2504。其中,
所述通信接口2501,用于在与其他外部网元之间进行收发信息过程中,信号的接收和发送;
所述存储器2502,用于存储能够在所述处理器2503上运行的计算机程序;
所述处理器2503,用于在运行所述计算机程序时,执行以下步骤:
根据轴流压气机的几何模型,确定所述轴流压气机中单流道的流体域;
选取所述单流道的流体域对应的网格划分方法;
设置所述单流道的流体域进行网格划分时对应的展向参数、流向参数以及周向参数;
根据设定的所述展向参数、所述流向参数以及所述周向参数,采用选取的所述网格划分方法生成所述单流道的流体域对应的预览网格,且当所述预览网格满足设定的要求时生成所述单流道的流体域对应的3D网格。
可以理解,本发明实施例中的存储器2502可以是易失性存储器或非易失性存储器,或可包括易失性和非易失性存储器两者。其中,非易失性存储器可以是只读存储器(Read-Only Memory,ROM)、可编程只读存储器(Programmable ROM,PROM)、可擦除可编程只读存储器(Erasable PROM,EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(Electrically EPROM,EEPROM)或闪存。易失性存储器可以是随机存取存储器(Random Access Memory,RAM),其用作外部高速缓存。通过示例性但不是限制性说明,许多形式的RAM可用,例如静态随机存取存储器(Static RAM,SRAM)、动态随机存取存储器 (Dynamic RAM,DRAM)、同步动态随机存取存储器(Synchronous DRAM,SDRAM)、双倍数据速率同步动态随机存取存储器(DoubleData Rate SDRAM,DDRSDRAM)、增强型同步动态随机存取存储器(Enhanced SDRAM,ESDRAM)、同步连接动态随机存取存储器(Synchlink DRAM,SLDRAM)和直接内存总线随机存取存储器(Direct Rambus RAM,DRRAM)。本文描述的***和方法的存储器2502旨在包括但不限于这些和任意其它适合类型的存储器。
而处理器2503可能是一种集成电路芯片,具有信号的处理能力。在实现过程中,上述方法的各步骤可以通过处理器2503中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器2503可以是通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor,DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit,ASIC)、现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array, FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本发明实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成,或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器,闪存、只读存储器,可编程只读存储器或者电可擦写可编程 存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器2502,处理器2503读取存储器2502中的信息,结合其硬件完成上述方法的步骤。
可以理解的是,本文描述的这些实施例可以用硬件、软件、固件、中间件、微码或其组合来实现。对于硬件实现,处理单元可以实现在一个或多个专用集成电路(ApplicationSpecific Integrated Circuits,ASIC)、数字信号处理器(Digital Signal Processing,DSP)、数字信号处理设备(DSP Device,DSPD)、可编程逻辑设备(Programmable LogicDevice,PLD)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array,FPGA)、通用处理器、控制器、微控制器、微处理器、用于执行本申请所述功能的其它电子单元或其组合中。
对于软件实现,可通过执行本文所述功能的模块(例如过程、函数等) 来实现本文所述的技术。软件代码可存储在存储器中并通过处理器执行。存储器可以在处理器中或在处理器外部实现。
具体来说,处理器2503还配置为运行所述计算机程序时,执行前述技术方案中所述轴流压气机CFD网格生成的方法步骤,这里不再进行赘述。
需要说明的是:本发明实施例所记载的技术方案之间,在不冲突的情况下,可以任意组合。
以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种轴流压气机CFD网格生成的方法,其特征在于,所述方法包括:
根据轴流压气机的几何模型,基于OH型拓扑方法通过所述轴流压气机中单流道的形状确定所述轴流压气机中单流道的流体域;
选取所述单流道的流体域对应的网格划分方法;
设置所述单流道的流体域进行网格划分时对应的展向参数、流向参数以及周向参数;
根据设定的所述展向参数、所述流向参数中的O块相对厚度、所述O块环向节点数与所述O块环向分布系数,以及所述周向参数,采用选取的所述网格划分方法生成所述单流道的流体域对应的预览网格,且当所述预览网格满足设定的要求时生成所述单流道的流体域对应的3D网格。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述根据轴流压气机的几何模型,确定所述轴流压气机中单流道的流体域,包括:
根据所述轴流压气机的几何模型,将所述轴流压气机的进口面、出口面、轮毂面、机匣面以及叶片面围成的环形区域确定为全流道;
基于所述全流道划分得到所述单流道;
确定所述单流道的形状;
基于所述单流道的形状拓扑得到所述单流道对应的流体域。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述确定所述单流道的形状,包括:
进口喉道到出口喉道位置的流道的形状由叶片的形状确定;
前缘进口以及尾缘出口处的流道的形状根据设定的控制点来确定。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述前缘进口处设定的控制点,包括:
第一控制点位于喉道流向的延长线上,利用下式中的第一参数A确定所述第一控制点的位置坐标:
其中,A的取值范围是[0,1]的浮点数;
第二控制点位于叶片前缘的左侧,利用下式中的第二参数B和第三参数C,分别沿流向与周向两个方向确定所述第二控制点的位置坐标:
第三控制点位于所述第二控制点的左侧,用于控制所述第二控制点处的切线方向,利用下式中的第四参数D确定所述第三控制点的位置坐标:
。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述选取所述单流道的流体域对应的网格划分方法,包括:
对所述单流道的流体域采用多重网格划分的方法。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述设置所述单流道的流体域进行网格划分时对应的展向参数、流向参数以及周向参数,包括:
设置所述单流道的流体域进行网格划分时对应的展向网参数;
根据所述展向参数以及叶片几何模型特征,初始化所述流向参数以及所述周向参数;
设置所述流向参数以及所述周向参数。
7.所根据权利要求6所述的方法,其特征在于,所述设置所述单流道的流体域进行网格划分时对应的展向参数,包括:
设定所述单流道的流体域进行网格划分时对应的展向网格宽度呈等比数列,并根据下式计算得到所述展向参数:
其中,S表示增长因子;表示第一层网格宽度;
其中,当i取值为N时,
其中,L表示流道高度的一半;N表示网格数的一半;并且。
8.所根据权利要求6所述的方法,其特征在于,所述根据所述展向参数以及叶片几何模型特征,初始化所述流向参数以及所述周向参数,包括:
根据所述展向参数以及叶片几何模型特征,初始化所述流向参数以及所述周向参数,其中,初始化的原则为:使展向网格长度的平均值等于流向和周向网格长度的平均值;
其中,所述流向参数包括:H1块流向节点数、H4块流向节点数、H2块周向节点数、H3块周向节点数、O块环向节点数、O块环向分布系数、O块环向起始节点、O块相对厚度、O块法向节点数、O块法向增长因子,入口块栅距比、入口块节点数、出口块栅距比、出口块节点数。
9.所根据权利要求8所述的方法,其特征在于,所述根据设定的所述展向参数、所述流向参数以及所述周向参数,采用选取的所述网格划分方法生成所述单流道的流体域对应的预览网格,且当所述预览网格满足设定的要求时生成所述单流道的流体域对应的3D网格,包括:
确定叶高参数;
获取所述叶高对应的流道形状以及叶片形状;
输入所述O块相对厚度,并使用所述O块相对厚度划分出OH拓扑的O块;
根据所述O块环向节点数、所述O块环向分布系数,划分得到所述O块网格;
设置其余周向参数,并绘制得到所述单流道的流体域对应的预览网格;
当所述预览网格满足设定的要求时,使用所述展向参数、所述周向参数以及叶片几何模型特征重新生成所述单流道的流体域对应的3D网格;
求解泊松方程以对所述单流道的流体域对应的3D网格进行光滑化处理。
10.一种轴流压气机CFD网格生成的装置,其特征在于,所述装置包括确定部分,选取部分,设置部分以及网格划分部分;其中,
所述确定部分,经配置为根据轴流压气机的几何模型,基于OH型拓扑方法通过所述轴流压气机中单流道的形状确定所述轴流压气机中单流道的流体域;
所述选取部分,经配置为选取所述单流道的流体域对应的网格划分方法;
所述设置部分,经配置为设置所述单流道的流体域进行网格划分时对应的展向参数、流向参数以及周向参数;
所述网格划分部分,经配置为根据设定的所述展向参数、所述流向参数中的O块相对厚度、所述O块环向节点数与所述O块环向分布系数,以及所述周向参数,采用选取的所述网格划分方法生成所述单流道的流体域对应的预览网格,且当所述预览网格满足设定的要求时生成所述单流道的流体域对应的3D网格。
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